基于PLC的實(shí)驗(yàn)教學(xué)生產(chǎn)線分揀控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

　　摘要：在自動分揀系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)一定的分揀要求，以三菱PLC為控制核心，結(jié)合氣動裝置、傳感器技術(shù)等技術(shù)，設(shè)計出生產(chǎn)線分揀控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對大、中、小三種不同尺寸物料的自動分揀。
　　關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；PLC；分揀
　　分揀是指按照輸送、配送的要求，把很多貨物按不同品種、不同地點(diǎn)分配到所設(shè)置的場地的作業(yè)。分揀是整個物流系統(tǒng)的重要組成部分。按歷史發(fā)展歷程和分揀手段來看，可分為三大類，人工分揀、機(jī)械分揀、自動分揀[1]。
　　自動分揀系統(tǒng)主要由四部分組成，第一部分控制裝置，第二部分分類裝置，第三部分輸送裝置，第四部分是分揀道口?？刂蒲b置用來接收、識別、處理分揀信號，指示分類裝置對材料進(jìn)行自動分類。分類裝置的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示，當(dāng)該裝置檢測到具有對應(yīng)分揀信號的材料經(jīng)過時進(jìn)行相應(yīng)動作，對材料進(jìn)行分類。輸送裝置由傳送帶組成，使待分揀材料通過控制裝置和分類裝置。分揀道口是材料脫離主傳送帶進(jìn)入集貨區(qū)域的通道[2]。通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)以上四部分裝置，再配合人工控制構(gòu)成一個完整的自動分揀系統(tǒng)。
　　本文的主要任務(wù)是設(shè)計一個基于PLC，能分揀大、中、小三種不同尺寸物料的實(shí)驗(yàn)教學(xué)用分揀系統(tǒng)。主要介紹實(shí)驗(yàn)教學(xué)用生產(chǎn)線自動分揀系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，以及最后的調(diào)試。
　　一、分揀系統(tǒng)硬件設(shè)計
　?。ㄒ唬㏄LC種類及型號選擇
　　PLC種類較多，生產(chǎn)廠家也很多，主要有歐姆龍、三菱、松下、東芝、美國德洲儀器公司、美國通用電氣（GE）公司等。但大、中、小、微型PLC均能配套生產(chǎn)且目前使用廣泛的主要是三菱、西門子和歐姆龍[3]。根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的控制要求，輸入有13個開關(guān)信號，1個氣缸位置信號，3個開關(guān)，9個傳感器（1個光電傳感器、8個紅外傳感器）。輸出信號有11個，其中四個控制電動機(jī)，三個控制指示燈，剩下的控制機(jī)械手和電磁換向閥，也都是開關(guān)量。共需I/O點(diǎn)24個，其中13個輸入，11個輸出。
　　根據(jù)系統(tǒng)中的控制要求PLC點(diǎn)數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn)13點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn)11點(diǎn)，綜合對比三菱FX系列、西門子系列、歐姆龍系列中I/O點(diǎn)數(shù)為64點(diǎn)各型號的PLC的價格、性能、實(shí)用場合等各方面，本系統(tǒng)可選擇PLC型號為：FX2N-64MR，合計總數(shù)64點(diǎn)-32點(diǎn)輸入，DC24V，32點(diǎn)繼電器輸出。其性能、價格都優(yōu)于其他PLC。FX2N系列在三菱FX系列中使用最為廣泛，性價比高，性能先進(jìn)，配置靈活。它可以選用多種擴(kuò)張模塊，增加I/O點(diǎn)，組成不同功能的控制系統(tǒng)。它功能強(qiáng)大，內(nèi)置高速計算器，還可直接控制步進(jìn)電動機(jī)或者伺服電動機(jī)，增加了通訊功能，可以匹配世界各國不同的電源。該型號PLC輸入輸出節(jié)點(diǎn)都為32個，能夠滿足系統(tǒng)的控制要求并且留有一定的余量。
　?。ǘ﹤鞲衅鞯倪x擇
　　紅外傳感器在材料穿過特定位置時將紅外能量的變化轉(zhuǎn)化為電量變化。本設(shè)計中將采用紅外傳感器，檢測材料的大小和通過。
　　紅外線傳感器檢測物料大小的原理如下：三個紅外線傳感器平疊在一起，最下面的紅外線傳感器的高度低于小物料的上表面高度，中間的紅外線傳感器的高度高于小物料的上表面且低于中物料上表面的高度，最上面的紅外線傳感器的高度高于中物料上表面的高度且低于大物料上表面的高度；如果上中下紅外線傳感器同時檢測到物料的通過，那么這個物料是大物料；如果只有中下紅外線傳感器檢測到物料的通過，那么這個物料是中物料；如果只有下紅外線傳感器檢測到物料的通過，那么這個物料是小物料。
　　在出料氣缸旁，傳送帶4末端，傳送帶3末端的桌子上，各有一個紅外傳感器，分別用了檢測小物料，大物料和中物料的通過。當(dāng)這三個傳感器檢測到物料的通過，且物料自動補(bǔ)給開關(guān)被置為ON的情況下，在延時0.5秒后，系統(tǒng)自動補(bǔ)給物料。
　?。ㄈ┯布O(shè)計及實(shí)際模型的建立
　　生產(chǎn)線分揀硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
　　生產(chǎn)線分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。系統(tǒng)啟動，下料傳感器沒檢測到物料，指示燈黃燈亮。下料傳感器檢測到物料，指示燈紅燈亮。機(jī)械手1動作，將待測材料搬到傳送帶1上。傳送帶總開關(guān)被置為ON后，傳送帶1、2、3、4運(yùn)轉(zhuǎn)，綠燈亮，待測物體開始在傳送帶上運(yùn)行。
　　物料由機(jī)械手1送到傳送帶1上，材料經(jīng)傳感器對其進(jìn)行識別，檢測其分別為大、中、小物料，分揀器進(jìn)行相應(yīng)動作，將材料送到對應(yīng)的傳送帶內(nèi)，如果檢測到是大物料，則進(jìn)入傳送帶3，并最終從傳送帶3末端落下，如果是小物料，則進(jìn)入傳送帶3，并最終由出料氣缸推入對應(yīng)的箱子。如果是中物料，則進(jìn)入傳送帶4，最終由機(jī)械手2揀進(jìn)對應(yīng)的箱子。
　　根據(jù)控制要求可得PLC系統(tǒng)的接線圖如圖3所示。
　　二、分揀系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　本系統(tǒng)是基于區(qū)分材料大小的不同而設(shè)計的材料分揀系統(tǒng)，主要是實(shí)現(xiàn)對大物料、中物料、小物料的自動分揀，具體控制過程為：
　　（1）系統(tǒng)啟動后，操作開關(guān)SB2閉合，電機(jī)開始運(yùn)行，即傳送帶1、2、3、4運(yùn)行，指示燈綠燈亮，若下料傳感器檢測到料槽無材料，指示燈黃燈亮。
　?。?）按下補(bǔ)給鍵SB1，給料槽補(bǔ)給一個物料，下料傳感器檢測到物料，指示燈紅燈亮（若閉合自動補(bǔ)給物料開關(guān)，以后物料就會自動補(bǔ)給）。機(jī)械手1動作，將待測材料搬到傳送帶1上，待測物體開始在傳送帶上運(yùn)行。
　　（3）當(dāng)上、中、下紅外傳感器同時檢測到材料通過時為大物料，分揀器撥向右邊，大物料被擋往左邊，進(jìn)入傳送帶4，被大物料紅外傳感器檢測到，最后在傳送帶4末端落入箱子。
　?。?）當(dāng)只有下紅外傳感器檢測到材料通過時為小物料，分揀器撥向右邊，小物料被擋往左邊，進(jìn)入傳送帶4，被小物料傳感器檢測到，傳送帶4停止1秒，出料氣缸動作將小物料推到對應(yīng)的箱子內(nèi)。
　?。?）當(dāng)只有中、下紅外傳感器檢測到材料通過時為中物料，分揀器撥向左邊，中物料被擋往右邊，進(jìn)入傳送帶3，脫離傳送帶3進(jìn)入桌面被中物料傳感器檢測到后，機(jī)械手2動作，將中物料搬到箱子內(nèi)。
　　（6）當(dāng)大中小物料被相應(yīng)的傳感器或接近開關(guān)感應(yīng)到后，延時0.5秒后系統(tǒng)自動補(bǔ)給物料（在自動補(bǔ)給物料開關(guān)閉合的情況下）。
　　由分揀控制系統(tǒng)的分揀要求畫出控制系統(tǒng)的程序流程圖，如圖4所示。
　　三、結(jié)論與展望
　　本文對PLC的工作原理、適用領(lǐng)域做出了詳細(xì)的介紹，根據(jù)材料分揀的實(shí)際需求采用PLC設(shè)計出了材料分揀系統(tǒng)，完成了生產(chǎn)線分揀系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計工作。通過實(shí)驗(yàn)測試了材料分揀系統(tǒng)硬件和軟件。
　　系統(tǒng)還存在很多不足的地方需要改進(jìn)。如本系統(tǒng)一次只能分揀一個材料，可改進(jìn)為一次能分揀多個材料。如需提高氣源氣壓的穩(wěn)定性，提高氣閥的工作性能，為材料正常進(jìn)入、彈出傳送帶打下基礎(chǔ)。傳送帶采用步進(jìn)電機(jī)以實(shí)現(xiàn)傳送帶速度的可控制性、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分揀效率提高。進(jìn)一步提高傳感器的性能，找出一系列可靠的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。系統(tǒng)根據(jù)物料的尺寸大小分好類后，還需人工進(jìn)行入庫或裝車，以后要改進(jìn)這個環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)分類、入庫和裝車的全自動化。
　　本文的設(shè)計是對材料的尺寸進(jìn)行的簡單設(shè)計，可以在其基礎(chǔ)上對分揀物品的種類與分揀的性能進(jìn)行拓展及完善，可使其適用于實(shí)際生活中的各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線分揀的自動化作業(yè)，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。
　　參考文獻(xiàn)：
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